城市信息模型CIM标准体系构建研究

卞雨凡 王芙蓉　吴掠桅 朱荷欢 武文

摘 要：随着城市精细化管理需求的不断提升，城市信息模型作为重要的数据和技术支撑，其标准化建设成为了统筹多领域、多部门协同的重要手段，本研究旨在以标准体系引领协同共建的城市级CIM应用，提出CIM标准体系三维度概念模型和金字塔式参考模型架构，构建了3层8大类的标准体系框架，以南京为例开展了标准体系的实施与应用，实践了“标准体系构建-标准编制-标准应用实施”全流程城市空间信息服务模式，并探索了从地方实践到国际标准的建设路径。

关键词：城市信息模型，CIM，标准体系，体系框架

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.04.009

0 引 言

标准化在推进国家治理体系和能力现代化中发挥着基础性、引领性作用。城市信息模型（cityinformation modelling，CIM）是国际智慧城市建设争相抢占的战略高地，已被纳入国民经济和社会发展十四五规划[1]，是国家多部门信息化协同建设的重点关注对象，并作为城市治理体系和管理能力提升的重要技术手段。随着城市精细化管理的需求的不断提升，CIM作为重要的数据支撑，其标准化的建设成为多领域、多部门实现信息互通，促进城市规划、建设、管理数字化转型的关键抓手。尽管广州[2]、苏州[3]、青岛[4]、天津[5]等多个城市都在开展CIM建设，但通过对于CIM标准化建设现状的分析，仍存在尚待解决的问题：（1）CIM建设的不确定性，CIM是个新兴的领域，涉及新技术、专业、平台覆盖度广、复杂性强、融合难度大，且尚未形成统一概念定义、建设标准等，为避免认知误区导致的重复建设，亟需标准以及标准体系的规范指导。（2）标准的体系化不足，现有的CIM相关标准，多是面向CIM数据处理、平台建设方面[6]，缺乏成体系的顶层设计思考。（3）应用的统筹性不足，CIM建设是一项多部门、多层级联合推进的工作，但目前各城市CIM建设多端牵引、各自为战、各级CIM平台建设缺乏统一组织，存在层次交错、应用重叠等情况，编制的标准存在不衔接的情况，缺乏统筹性管理与思考。

因此，建立一套分类合理、层次清晰的CIM标准体系，开展CIM标准化的顶层设计，对于统筹CIM资源建设、集成、开发与利用，建立统一的城市空间数字底座，推进行业共建共享、促进产业创新发展、有着非常重要的现实意义。基于先期对于城市级CIM标准体系建设的初步探索[7]，本研究立足“統筹CIM平台建设应用、引领CIM领域高质量发展、打造战略性新兴产业新高地”目标，面向CIM建设及应用开展标准体系构建研究和应用实践，率先构建了融合BIM的CIM标准体系，创新构建方法，引领标准体系科学构建；强化标准统筹，实现了跨专业、跨部门的空间信息融合；以标准指导应用实践，打造CIM标准化协同应用推广模式。

1 研究技术路线

按照GB/T 13016—2018《标准体系构建原则和要求》规定的标准体系构建的要求[8]，研究制定了CIM标准体系研究技术路线（见图1）。在先期对于国内外相关标准体系建设和研究分析的基础上，本文重点围绕标准体系模型的方法构建与体系实施的协同应用，阐述CIM标准体系的研究建设和应用实施的全过程。

2 体系模型的方法构建

CIM标准化建设需要体系化的顶层设计思考，统筹思考涉及各项标准在范围定义、协同实施中的相互依赖与关联关系。研究中采用模型化方法，从概念模型—参考模型—标准体系框架逐步具象和细化CIM标准体系的内涵。

2.1 概念模型

CIM涉及的概念众多、应用面广，借鉴FGDC空间数据模型[9]、智慧城市概念模型[10]构建中面向对象的多视角分析方法，在构建理念方面，综合智慧城市、规划和自然资源，城市建设等领域的概念认知，顾及CIM标准在智慧城市全生命周期数字化管理应用需求，从城市建设阶段、应用领域、技术保障三个视角解构CIM标准体系这一研究对象，提出CIM标准体系三维立体概念模型（见图2），具体描述如下：

2.1.1 城市建设阶段

指CIM支撑和贯穿城市建设数字化转型过程中不同阶段，主要包括用地规划阶段、设计阶段、建设阶段、登记阶段、运维阶段，因此CIM标准体系需涵盖城市建设管理全生命周期的标准化建设需求。

2.1.2 应用领域

CIM的应用领域较为广泛，涉及规划和自然资源、住房和城乡建设、交通、水务、医疗卫生、应急指挥和城市管理等，因此CIM标准体系需要注重与相关应用领域的标准衔接和应用支撑联系。

2.1.3 技术保障

主要是指支撑CIM建设过程实现各项功能所需要的相关技术要素，如包括数据获取与处理、服务共享、质量管理、安全保障等方面，因此CIM标准体系需要编制和纳入相关技术类标准。

2.2 参考模型

在概念模型指引下，需要进一步厘清相关标准间的关联关系，逐步细化标准体系建设中所纳入标准的需求和依赖关系，继而形成参考模型。参考模型是对标准化对象结构化的描述，将明确标准体系开展的范围、内容、结构以及组成部分之间的关系[11]。借鉴ISO 19101标准参考模型中使用的CSMF模式[12]和元对象（MOF）工具法[13]，从标准内在联系特征的维度划分标准层次，研究构建了由基础层（语义基础和共性表达）、通用层（通用类支撑技术）、专用层（面向行业与专业应用）组成的3层次的金字塔式CIM标准体系参考模型架构（如图3），建立“上下约束、继承发展、联动更新”的层级关系，中上层中更多是定义和约束的标准，下层的标准对于上层更多是继承和实现，每一层是对标准的分类，用于界定其中标准的作用域和范围。

2.2.1 基础层

统一标准的定义、语义基础和基础表达，定义与约束下层模型。

2.2.2 通用层

依赖于基础层，同时为专用层提供相应支撑，是针对数据资源、支撑技术、公共服务、管理保障中通用技术的通用描述。

2.2.3 专用层

与CIM建设产生的社会、经济效益相关联，决定CIM的实践价值，应用方面包含数据资源、共享服务、获取处理、管理保障等，以及面向城市建设的规划、设计、建设、管理、运维等纵向专题应用和面向规划和自然资源、住房和建设、交通、水务、医疗卫生等横向行业应用两大类型。

2.3 标准体系框架

标准体系的框架将进一步明确体系中标准的分类和组成。在标准体系框架中，对于列入体系的每项CIM标准，均赋予唯一的“标准体系编号”，由标准类序号（1位）、标准类编号（2位）和标准序号（1位）组成，标准类编号和标准序号之间用“.”隔开，并采用阿拉伯数字编号形式。具体形式如图4所示。

标准体系框架在先期研究的成果基础上（见图5），通过内容范围确定，层级关系划分，再经过比对、分析、验证与优化，采用UML建模方式图形化表达CIM标准体系结构与分级，构建了由“基础类、通用类、数据资源类、数据处理类、共享服务类、管理保障类、工建专题类、CIM+行业应用类”组成的三层次8大类的CIM标准体系框架（见图6），实现了从数据融合，到CIM平台搭建，再到CIM+应用管图5理的全方位标准化指导。

其中，基础类是体系中其他标准的基础，规范CIM涉及的基本术语、分类与代码；通用類规定不同时间、空间尺度下，CIM数据的内容、结构、分级、符号及语义等表达；数据资源类规定CIM各类数据的内容与结构；获取处理类规定各类数据的获取、处理、加工与建库的过程、方法及技术要求；共享服务类规定CIM平台建设、服务、交换与共享及运维要求，并对CIM平台的推广应用进行指引；管理保障类规定CIM成果管理、质量管理、安全管理和环境管理等相关管理要求；工建专题类规范工程建设项目各阶段电子数据的交付要求、审查范围、审查流程；CIM+行业应用类包含为保障基于CIM平台设计、开发并满足行业应用的标准，涵盖规划和自然资源（除工建部分）、住房和建设（除工建部分）、交通、水务、医疗卫生、应急指挥、城市管理等领域。

该CIM标准体系具有明显的双融合特征：（1）体系框架融合：统筹分析智慧城市、规划和自然资源、城市工程建设项目BIM等领域标准体系侧重点，以及与CIM交叉关注点，融合各标准体系框架中对于数据、技术、服务、应用等方面的共性需求，同时秉承城市信息模型生长理念，结合不同空间尺度、类别和粒度的CIM建设，基于参考模型架构，在先期体系框架初探的基础上逐级细化迭代。（2）体系内容融合：标准体系立足指导实现多领域、跨专业标准编制与融合。例如，在70 0工建专题类标准中，面向城市工程建设项目多专业的综合管理需求，融合规划、国土、建筑、市政、管线、交通等多行业标准规范要求，基于五级（用地-场地-建筑-空间-设施）空间管控体系实现了工程建设项目BIM规划报建建筑功能分类编码的标准化，规范了南京市工程建设项目建筑功能信息的分类和编码，其中涵盖了民用、工业各类建筑，向上与规划用地性质分类、场地关联，向下与建筑主次空间功能和设施关联，实现CIM标准体系纵横双向体系内容一体融合，促进规划审批的精细化管理和工程建设全生命周期联通，为多平台数据共享、更新、从宏观到微观多维度的统计与查询等应用的实现打下基础。

2.4 标准体系明细表

在体系框架分类分级指导下，编制了标准体系明细表。该表用于厘清框架中不同类别下拟纳入的标准及数量，如已发布或制定中的国际标准、国家标准、行业标准、团体标准等，同时也包括未来待制定的标准。对于待制定的标准，综合考虑当前的技术水平和未来发展的需求，提出该标准的建议名称、主要内容与适用范围等。

目前，结合南京地方实践，该标准体系明细表中共分类列举了82项标准，如表1所示，其中已发布49项、制定中23项、待制定10项。当前，CIM作为新型领域，相关标准仍需不断扩充完善，体系中除纳入现今国际、国家、行业、团体领域的编制的标准外，也拟定了涉及通用类、数据资源类、CIM+行业应用等方面的待制定标准建设需求，为CIM未来标准化工作规划了路径和方向。其中纳入的标准不是固定不变的，将随着CIM技术应用领域的扩大、CIM平台的建设需求新增，标准体系框架将迭代优化，不断更新、调整和完善。

3 体系实施的协同应用

南京市作为全国首批BIM CIM试点城市，面向城市空间信息多层级共享、信息平台及应用多部门联合共建的需求，通过CIM标准体系引领了全市的CIM标准化建设，构建了CIM标准体系多层级联动、全周期共享、国际化推广的应用模式，在标准体系及系列标准的实施中促进市区协同、多部门联动的CIM平台和CIM+应用建设。

3.1 多级联动应用

坚持市区协同、联动实施、迭代更新的CIM标准体系应用原则，发挥CIM标准体系模块化、易拓展、可迭代的优势，建立市、区、园区等各利益相关方“共建、共享、共维”的标准体系市区协同应用模式（见图7）。自上而下通过标准的宣贯与落地实施，从数据、技术、平台、服务等多个维度规范南京市、区、园区多级不同应用领域的CIM+建设；自下而上不断融入城市规划、建设、管理等具体实践中对于标准的新需求，促进标准体系的更新与完善。一方面，标准体系指导了市级CIM平台时空数据库生产建设的全周期，通过平台数据规范支撑多源异构数据的集成、融合、建库与服务发布。另一方面，标准体系促进了南部新城、江北新区、建邺高新区等片区面向智慧规划、管养、交通等的CIM+应用建设，通过标准化的开发服务接口和应用场景模板配置服务，支撑区级子平台的二次开发和应用系统的快速搭建。同时将片区建设实践中所编制的面向CIM+应用的10余项标准，纳入CIM标准体系框架中，打造一个互动循环、自我完善、持续生长的CIM标准化生态系统。

3.2 全周期共享应用

以标准体系为抓手，指导标准编制，规范应用实施。在城市空间信息共享方面，建立贯穿“标准体系构建、标准编制、标准应用实施”全流程的城市空间信息服务模式（见图8）。实例化CIM标准体系“共享服务类”中对于城市空间信息数据共享与服务要求，面向多领域应用场景需求，提出门户网站模式、标准服务模式、API开发模式、前置服务器模式、移动APP等5种数据共享模式，面向信息化数据与应用服务要求，提出CIM平台18类接口规范，驱动城市数字孪生体的集成融合，规范CIM+行业应用与专题应用场景拓展，指导智慧城市基础设施数据交换与共享信息化建设的本地化实施。

3.3 国际化推广应用

为填补CIM国际化标准建设空白，研究探索构建了从地方实践上升至国际标准的建设路径（见图9），形成了“国际标准组织架构研究、业务领域分析、提案方向研判、国际标准编制、应用反馈修订”的标准化制定循环流程。

研究将C I M标准化实践成果转化为I S O / T S37172：2022基于地理信息的智慧城市基础设施数据交换与共享、IEC SRD 63273智慧城市案例收集与分析—城市信息模型（见图10）等國际标准，实现了从地方实践上升到国际标准的成果转化。

4 结 语

研究构建了CIM标准体系三维立体概念模型和“金字塔”式的参考模型架构，搭建了多层级多维度跨领域CIM标准体系框架，编制了标准体系清单；以体系引领，标准先行指导CIM应用实践，建立了CIM标准体系市区协同应用模式，实践了全流程的城市空间信息服务模式，打通了从地方实践上升到国际标准的实践路径。标准体系等研究成果在南京市开展落地应用，实现基于CIM的精细化治理，促进市区协同、跨部门数据协同和服务能力提升，标准体系研究案例被ISO、IEC等国际标准纳入，促进研究成果向国际标准的转化，并贡献南京智慧。

未来，将加强标准与实践的结合，以标准体系为抓手，做好标准体系的宣传推广与推广实施工作，继续推进试点片区、园区在CIM平台建设和CIM+应用实践工作。同时，以用促建，结合地方项目实际管理需求，补充编制具体面向行业和专题应用的标准，促进标准体系迭代更新与完善。

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作者简介

卞雨凡，硕士研究生，工程师，研究方向为城市信息模型标准、城市三维建模、智慧城市信息系统和数据库建设。

王芙蓉，通信作者，博士，研究员级高程工程师，研究方向为自然资源信息化、国际标准、测绘地理信息、智慧城市。

（责任编辑：张佩玉）